探放水设计.docx

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探放水设计

探放水设计

编制：

XXX

XX县XX煤业有限公司

二0一九年三月

第一章矿井概况----------------------------------------------3

一、地理概况------------------------------------------------3

二、地质构造------------------------------------------------4

3、水文地质情况---------------------------------------------7

第二章探放水设计---------------------------------------------9

一、防治水煤（岩）柱的留设要求-----------------------------9

二、探放水规定要求------------------------------------------15

三、探水钻孔的布置------------------------------------------16

四、探水设备选型--------------------------------------------20

第三章探放水安全措施-----------------------------------------20

一、探放水准备工作-------------------------------------------20

二、探放水原则-----------------------------------------------21

三、探放水安全措施-------------------------------------------22

四、防水设施--------------------------------------------------27

五、探放水期间矿成立探放水领导小组-----------------------29

六、避灾路线图---------------------------------------------30

措施会审

参加会审人员:

职务

意见

姓名

时间

会审内容:

探放水设计

水是煤矿五大自然灾害之一，煤矿在生产中经常受到地表水、地下水和老窑水的威胁，要消除水害隐患，必须进行探放水设计编制相应的探放水措施进行探放水，并严格执行“有掘必探、先探后掘、长探短掘、先治后采”的探放水原则，为确保安全掘进和探放水，特编制此设计：

第一章矿井概况

一、地理概况

1、地理位置

XX县后寨乡精选煤矿位于XX县城西北部，相距县城平距22Km左右，行政区划隶属XX县八步镇所辖。

有公路直接通过矿区（XX至毕节公路），交通比较方便。

2、地形地貌及气候条件

（1）地形地貌

矿区地势为中低山地貌，南西部较高，北东部较低，海拔标高1556.9—1405m，相对高差161.9m。

矿区总体上属中低山地貌，矿区内主要为煤系地层，煤系地层形成较平缓的斜坡，植被较发育。

（2）气候条件

区内属亚热带季风湿润气候，冬无严寒、夏无酷暑，气候温和，降雨量充沛。

年均气温14—16℃，最高38.9℃，最低-5.6℃；年降雨量1300mm左右；6—8月为雨季，12月至次年3月为旱季。

灾害性天气主要有春旱、冰雹、夏旱、夏旱暴雨等。

3、矿区地表水

矿区内无大的河流，但冲沟较发育，且多呈树技状分布，切割较深，沟水流量变化较大，雨季常发生山洪，枯季流量小至干涸，动态变化显著。

XX县矿产精选煤加工厂煤矿地处乌江上游的三岔河流域游，地表水汇成溪沟后流入矿区南西侧龙潭洞形成暗河，区内为第四系、煤系地层，岩性多为粘土岩、粉砂粘土岩，泥砂岩，有一定的隔水性，大气降水不易渗入地下，地表水系不发育，矿区地表水大多为“v”型冲沟水。

冲沟流程短，流量受季节性控制明显，大多在雨季时增大，旱季时减小甚至干涸。

一般小于20s。

二、地质构造

区域上出露地层从老到新主要有震旦系、寒武系、奥陶系、二叠系、三叠系侏罗系及第四系，缺失志留系、泥盆系及石炭系。

二叠系、三叠系地层发育较全。

地层之间主要为整合、假整合接触，地层出露厚度累计大于5500m。

矿区以二叠、三叠系地层分布最广，见区域地质简表－1。

1、区域构造

该区大地构造位置上处于扬子准地台—黔北台隆—遵义断拱—毕节北东向构造变形区—三塘向斜南东翼。

区内褶皱不发育、断裂构造较发育，构造较简单，为单斜构造。

地层总体走向北东，倾向北西，倾角15—30度,一般倾角17-28度。

二叠系为一套碳酸盐岩及碎屑岩沉积，三叠系为一套碳酸盐岩及碎屑岩沉积。

地层系统

地层

代号

厚度（m）

岩性

系

统

组

第四系

Q

0—15

以堆积、残积物为主

三叠系

下统

夜郎组

T1y

＞150

主要由一套碳酸盐岩及碎屑岩组成

二叠系

上统

大隆组

P3d

8

硅质岩夹粘土岩

长兴组

P3c

22—32

灰岩夹碎屑岩

龙潭组

P3l

280—330

粘土岩、细砂岩夹硅质岩、菱铁质粉砂岩、煤等组成

峨眉山玄武岩组

P3β

40—60

灰绿、灰紫色拉斑玄武岩夹中至厚层状凝灰岩。

中统

茅口组

P2m

＞200

厚层至块状生物屑灰岩

区域地层简表表－1

2、矿区地层

在矿区内出露的地层自上而下有第四系（Q）、三叠系夜郎组（T1y）、上二叠统大隆组（P3d）、长兴组（P3c）、龙潭组（P3l）、茅口组（P2m）等，其中峨眉山玄武岩组、在工作区未出露，现从新至老描述如下：

（1）第四系（Q）

主要分布于矿区地势较低的山麓较平坦及冲沟地带。

为残坡积粘土、亚粘土、含砾亚粘土及人工填土等，零星分布于区内缓坡地带，不整合覆盖于各时代地层之上。

与下伏地层呈角度不整合接触。

厚为0—15m左右。

（2）夜郎组（T1y）

由钙质砂岩、粘土岩、灰岩、泥灰岩组成，据岩类组合特征区域上分为三段，

第二段（T1y2）:

灰色灰岩、泥灰岩夹粉砂岩、钙质泥岩,厚度大于100m。

第一段（T1y1）:

灰色、灰绿色、紫灰色，以钙质粉砂岩、钙质泥岩为主，底部夹深灰色硅质条带，下部夹细砂岩，向上钙质渐增，而粒度由粗变细，且夹薄层泥灰岩，水平层理发育。

厚66—88m左右。

与下伏大隆组呈整合接触。

（3）大隆组（P3d）

岩性为硅质岩，夹蒙脱石粘土岩。

一般厚8m。

（4）长兴组（P3c）

以石灰岩夹碎屑岩及一薄层劣煤或炭质泥岩组成。

厚22—32m，一般25.5m。

（5）龙潭组（P3l）

为一套以碎屑岩（粉砂岩和细砂岩）为主夹较多的泥岩、石灰岩、硅质岩、含菱铁质粉砂岩的含煤沉积。

厚约300m，含煤24—42层，一般29—31层，可采或局部可采4—11层，煤层总厚7—20m。

根据其岩性组合分为三段。

①上段（P3l3）

以粉砂岩、砂质泥岩夹石灰岩、泥岩及煤等组成，含煤层（线）5—8层,6号煤层为局部可采煤层。

。

厚80—100m，一般厚90m。

②中段（P3l2）

以粉砂岩、细砂岩、泥岩及煤等组成。

含煤层（线）15余层；14号、16号煤层为局部可采煤层。

厚100—120m。

一般厚110m。

③下段（P3l1）

以粉砂岩、细砂岩、泥岩及煤组成。

含煤2—5层，23、27号煤层为可采煤层，30号煤为局部可采煤层，厚90—115m，一般厚100m。

（6）茅口组（P2m）：

分布于矿区南部边缘，与龙潭组第一段呈假整合接触。

为灰色厚层含燧石团块生物灰岩一浅灰色厚层块状蜓灰岩组合。

出露厚度大于200m。

3、矿区构造

矿区位于阿弓向斜西北翼，本矿地层受三塘向斜构造影响较大，但在小区域内构造较为单一，岩层呈单斜产出。

倾向北西，倾角大多数在6—9°之间，地表平均倾角7°，矿区外围的南东部有1条断层（F1）。

F1断层：

正断层，位于矿区东部边缘，倾向北西，倾角65°，延伸大于1800m，对矿区煤层及开发无大的影响。

节理裂隙：

矿区内节理较发育，主要有北东向、北西向两组。

北东向剪节理延伸长，节理面平直紧闭；北西向张节理延伸短，对岩石完整性破坏较大。

综上所述，本区总体为一单斜构造，地层倾角平缓，断层较少，构造复杂程度属中等类型。

三、水文地质情况

1、区域水文地质条件

区域范围内地下水主要分为碳酸盐岩类岩溶水、基岩裂隙水及第四系松散岩类孔隙水。

碳酸盐岩溶水分布范围较广，富水性强；基岩裂隙水及第四系松散岩类孔隙水富水性弱。

2、矿区水文地质条件

（一）地层富水性

矿区面积1.3373Km2，主要分布地层为二叠系、三叠系。

地层富水性简述如下（由上至下）：

1、第四系孔隙水

第四系孔隙水：

含水性较弱，但分布面积较广，有一定的蓄水量，对煤矿开采有一定的影响。

2、基岩裂隙水

夜郎组（T1y）第一段：

岩性以以灰色为主，夹绿灰色条带，局部见紫灰色，以钙质粉砂岩、钙质泥岩为主。

厚度66—88m，含裂隙水，富水性弱。

具有一定的隔水性，可视为相对隔水岩组。

龙潭组（P3l）：

岩性主要为一套以碎屑岩（粉砂岩和细砂岩）为主夹较多的泥岩、石灰岩、硅质岩、含菱铁质粉砂岩的含煤沉积。

厚约350m，富水性弱。

含裂隙水，富水性弱。

3、岩溶含水岩组

长兴组、大隆组（P3c+d）：

岩性为硅质岩，灰岩夹碎屑岩及一薄层劣煤或炭质泥岩组成，一般厚33.5m。

富水性中等。

对未来矿井的顶板充水影响大。

茅口组（P2m）含水岩组：

分布在矿区南侧之外，其岩性主要为中—厚层灰岩，厚度大于200m,发育有地下暗河、岩溶等，富水性强。

对未来矿井的底板充水影响极大。

（二）断层带水文地质特征

矿区主要发育北西南东向两条断层。

F1正断层：

位于该矿区南东角边界，区内延伸1.00km,正断层，位于矿区东部边缘，倾向北西，倾角65°，由于含煤地层大多数为塑、柔性岩石，断层破碎带发育宽度小，且被泥质物充填。

地表断层带上无泉水出露。

因此，断层的富水性弱，导水性较差。

（三）地表水、地下水动态变化

本区地表水、地下水受大气降水影响，其流量、水质变化均与降水的季节和强度相对应，雨季流量增大，矿化度减少，枯季则相反。

地下水以泉或分散流形式补给溪沟，各含水层无直接的水力联系，且地下水动态变化显著，周期性较明显，并具滞后现象。

（四）水文地质类型

根据各含隔水层水文地质特征、断层导水性及动态变化特征，区内地下水补给来源主要为大气降水，地表水及地下水排泄条件良好。

综上所述，总之，矿区水文地质勘查类型为水文地质条件中等的以基岩裂隙充水为主的矿床。

（2）矿区充水因素分析

矿井充水类型为裂隙充水矿床,其充水因素既决定于水文地质条件，又决定于开拓方式。

充水强度受充水水源和通道的影响。

A、充水水源

根据煤层与各含水层之间位置关系，本区矿床充水水源主要是大地降水、地表水和老窑积水。

B、充水通道及充水方式

井田内可采煤层赋存在二叠系龙潭组含煤地层，该地层较厚，煤系底部有玄武岩隔水岩组，区内发育有F1断层，故矿井充水方式主要为通过其顶底板的裂隙和断层裂隙进入矿坑，裂隙发育地段矿坑充水会有所增加。

C、老窑积水及采空区对矿井充水的影响

区内老窑开采历史悠久，老窑采空冒落造成地表开裂、塌陷，导致地表水由裂隙渗入蓄积。

经调查，老窑内有积水。

矿井浅部开采时，应预防老窑水涌入。

在矿区南部有三个老窑，分别为LD3：

开采M16煤层，为斜井开采，有一个斜井，开采深度约20m，斜长约90m，采空区内有少量积水，约270m3,该小窑已于2003年4月关闭。

老窑LD4：

开采M23煤层，为斜井开采，有一个斜井，开采深度约15m，斜长约70m，采空区内有少量积水，约200m3,该小窑已于2003年1月关闭。

老窑LD9：

开采M23煤层，为斜井开采，有一个斜井，开采深度约40m，斜长约160m，采空区内有少量积水，约600m3,该小窑已于2003年2月关闭，技改前矿区范围内也存在采空区，采空区内均有积水。

技改前主要在矿区东北部开采，主采M16煤层，开采标高在1620m至1650m之间，采空面积127355m2，采空区内约有积水1200m3。

随着开采面积和深度的增加，浅部采空区及上覆煤层采空区可能导入井下，在矿井开采下伏煤层时应注意老硐水侵入。

D、含水岩层对矿井充水的影响

井田内可采煤层赋存在二叠系龙潭组含煤地层，该地层较厚，开采M16煤层时距上覆长兴组246m，距下覆茅口组74m。

开采M27煤层时距上覆长兴组260m，距下覆茅口组60m，受含水层的威胁很小。

区内发育有F1断层，故矿井充水方式主要为通过其顶底板的裂隙和断层裂隙进入矿坑，裂隙发育地段矿坑充水会有所增加。

（3）水文地质类型

综上所述，总之，矿区水文地质勘查类型为水文地质条件中等的以基岩裂隙充水为主的矿床。

第二章探放水设计

一、防治水煤（岩）柱的留设要求

1、防水安全煤（岩）柱的种类

设计的防水煤（岩）柱主要有以下几种：

1）煤层露头防水及冲沟防水煤岩柱

2）断层防水煤（岩）柱的留设

3）井田技术边界防水煤（岩）柱；

4）水平或采区留设防水煤（岩）柱；

5）水淹区或老窑积水区防水煤（岩）柱

2．防水煤（岩）柱的留设原则：

1）在有突水威胁但又不宜疏放或注浆堵水（疏放或注浆很不经济时）的地区采掘时，必须留设防水煤（岩）柱。

2）留设防水煤（岩）柱必须与矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学特性、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，还要与采煤方法、开采强度、支护方式等人为因素相适应。

3）一个井田或一个水文地质单元的防水煤（岩）柱应该在它的总体开采设计中确定；即开采方式和井巷布局必须与各种煤柱的留设相适应。

4）在多煤层块段，各煤层的防水煤（岩）柱必须统一考虑确定，以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤（岩）柱，致使整个防水煤（岩）柱失效。

5）在同一地点有两种或两种以上留设煤（岩）柱的条件时，所留设的煤（岩）柱必须满足各留设煤（岩）柱的条件。

6）对防水煤（岩）柱的维护要特别严格，因为煤（岩）柱任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。

防水煤（岩）柱一经留设即不得破坏，巷道必须穿过煤柱时，必须采取加固巷道、修建防水闸门和其它防水措施，保护煤（岩）柱的完整性。

7）防水岩柱中必须有一定厚度的粘土质隔水层或裂隙不发育、含水层极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。

3．防水煤柱的留设计算

（1）煤层露头防水及冲沟防水煤岩柱的计算方法与计算结果

本矿井的M23、M27煤层均出露地表，以及部分冲沟距离煤层较近，应防止地表水和风化基岩水渗入井下，根据“三下开采规程”的规定留设防水煤柱。

按“三下开采规程”水体类型的规定，本矿井水体采动等级属I级，设计采用下列公式计算防水煤柱高度：

Hsh≥Hli+Hb+Hbili

式中：

Hsh－防水煤柱高度，m；

Hli－导水裂隙带高度，m；

Hb－保护层厚度，m；

Hbili－地表裂缝深度，m。

矿区范围可采煤层顶板为砂岩和粘土岩。

根据上覆岩层岩性及硬度，按中硬岩计算导水裂隙带高度：

式中：

—采厚，m；

开采M7煤层时：

＝35.3m

开采M27煤层时：

＝36.8m

保护层厚度，根据地质资料按松散层厚度小于累计采厚考虑，Hb＝5

开采M7煤层时：

＝8.0m

开采M27煤层时：

＝9.0m

地表裂缝深度Hbili，因本区无实测资料，根据“三下开采规程”，取其中数据平均值的1.1倍（考虑到大部分地段无第四系覆盖层），即Hbili=4.8（m）。

则：

煤层露头防水及冲沟防水煤岩柱分别为：

M7煤层：

35.3+8.0+4.8＝48.1m

M27煤层：

36.8+9.0+4.8＝50.6m

（2）井田边界煤（岩）柱的留设

本矿井水文地质属中等类型,可用下面公式计算；但煤柱宽度不得小于20m。

L=M×A×

M------煤层厚度或采高,m；

P－隔水层所承受的水压（kgf/cm2），KP取30（kgf/cm2）

Kp－煤的抗张强度（kgf/cm2），KP取8（kgf/cm2）

A------安全系数,一般2—5，取5.0；

开采M7煤层时：

L=0.5×5×1.6

＝13.4（m），取20m

开采M27煤层时：

L=0.5×5×1.8

＝15.1（m），取20m

（3）断层防水煤（岩）柱的留设

断层防水煤柱不得小于20m。

1）煤层位于导水断层上盘时,防水煤（岩）柱的留设

开采M7煤层时：

L=0.5×2.5×1.6

＝6.6（m），取20m

开采M27煤层时：

L=0.5×2.5×1.8

＝7.5（m），取20m

M－煤层厚度或采高,m

P－隔水层所承受的水压（kgf/cm2），KP取30（kgf/cm2）

Kp－煤的抗张强度（kgf/cm2），KP取8（kgf/cm2）

A－安全系数,一般1～2.5，取2.5；

2）煤层位于导水断层下盘时,防水煤（岩）柱的留设

L＝

Ha------断层安全防水煤柱宽度，m；

Hml------导水冒落裂隙带高度,m；

θ------断层面与煤层夹角（取锐角）；取62°。

δ------岩移塌陷边与煤层交角（取锐角）。

开采M7煤层时：

L=

＋

＋

＝29.9m，取30m。

开采M27煤层时：

L=

＋

＋

＝31.8m，取32m。

3）断层两侧相邻煤层的防水煤柱的留设

断层两側相邻煤层的防水煤柱,应同时考虑确定,每一侧煤层的防水煤柱,不得破坏另一侧煤层的防水煤柱;既不能使断层两盘设计采空区勾通,又要防止强含水层水涌入巷道,两侧防水煤柱关系确定后,按上述方法计算。

（4）采空区防水煤（岩）柱

①在采空区或老空积水区下掘进时，巷道与水体之间的最小距离不得小于巷道高度的10倍，经计算为：

10×2.8=28m。

（巷道最大高度为2.8m）

②在采空区或老空积水区下同一煤层中进行开采时，若采空区或老空积水区的界线已基本查明，隔水煤柱的尺寸按顺层防水煤柱要求留设。

L＝0.5KM

式中：

L——顺层防水煤柱宽度（m）；

M——煤厚或采高（m），M23厚度1.6m、M27厚度1.8m；

KP——煤的抗张强度（kgf/cm2），KP取8（kgf/cm2）；

P——水头压力（kgf/cm2），该矿最低侵蚀基准面与最低开采标高差为57m，考虑一定的余地，P＝30（kgf/cm2）；

K——安全系数，一般取2～5，本设计取4。

则：

开采M7煤层时：

L=0.5×4×1.6

＝10.7m，取20m

开采M27煤层时：

L=0.5×4×1.8

＝12.1m，取20m

（5）煤层中进行回采防水煤柱计算：

在积水区下的煤层中进行回采时,防水煤（岩）柱尺寸不得小于导水裂隙带最大高度与保护带厚度之和。

因该矿为近距离煤层群，设计采用打钻疏放的方法，不考虑留设该煤（岩）柱。

各类防隔水煤（岩）柱严格按表6-2-1的要求进行留设。

（6）各种煤（岩）柱尺寸见下表。

序号

名称

煤柱尺寸（m）

M23

M27

1

煤层露头防水及冲沟防水煤岩柱

48.1

50.6

2

井田边界煤（岩）柱的留设

20

20

3

断层煤柱

上盘

20

20

下盘

30

32

4

积水区下同一煤层防水煤（岩）柱的留设

20

20

5

积水区下掘进防水煤（岩）柱的留设

28

28

二、探放水要求

1、确定探水地区的积水范围、积水量和水压，并化定探水线。

2、对开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区，其边界位置准确，水压不超过1MPa，探水线至积水区的最小距离：

在煤层中不得少于30m，在岩层中不得少于20m。

3、对积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位置时，探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于60m。

4、对没有图纸资料可查的老窑，根据已了解到的小窑开采最低水平，作为预测的可疑区，探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于100m。

5、掘进时，所打探水眼每次的深度不小于80m，允许掘进距离必须小于50m，钻孔超前工作面的距离不小于30m。

7、防水煤（岩）柱的留设宽度

序号

名称

煤柱尺寸（m）

M23

M27

1

煤层露头防水及冲沟防水煤岩柱

48.1

50.6

2

井田边界煤（岩）柱的留设

20

20

3

断层煤柱

上盘

20

20

下盘

30

32

4

积水区下同一煤层防水煤（岩）柱的留设

20

20

5

积水区下掘进防水煤（岩）柱的留设

28

28

三、探水钻孔的布置：

1、探放老空水钻孔，按巷道的设计方向在其水平面和竖直面内呈扇形布置；钻孔成组布设。

对于平巷一般布置3组钻孔，每组1～2个钻孔；对于上山巷道一般布置5组，每组不少于3个钻孔。

（1）探水钻孔的最小超前距离30m、帮距不小于20m。

（2）一般倾斜煤层平巷的探放钻孔，呈半扇面形布置在巷道正前和上帮。

（3）倾斜煤层上山巷道探放水孔，呈扇面形布置在巷道的前方。

（4）探放断层水及底板岩溶水的钻孔，必须沿掘进方向的前方及下方布置；底板方向的钻孔不得少于2个。

（5）从既探、排有效，又能防止冲垮煤壁和放水过大的原则出发，孔径不大于70mm，终孔孔径不大于58mm。

2、探眼布置图

（1）岩巷探眼布置图

（2）煤巷探眼布置图

（3）煤巷上下山探眼布置图

四、探水设备选型

探水设备选用ZDY—620矿用液压坑道钻机，钻进深度为200m，开孔直径75mm，终孔直径58mm，钻孔角度范围3600，功率15kw，电压380/660v。

第三章探放水安全措施

一、探放水准备工作

1、选择打钻位置：

根据现场实际情况进行布置，一般布置在工作面迎头。

2、疏通流水路线：

将各施工地点的水沟清理畅通并流进水仓，再由水泵排到地面（详见流水路线及水灾避灾路线图）。

3、检修好探水钻机，并确保能正常探放水。

4、打钻前，必须加固探水地点的顶板支架，背好顶帮，以防止压力水冲垮岩、煤壁及支架，挖好水沟保证水沟畅通。

5、将井下的水沟、水仓清理干净畅通，保证水沟畅通，水仓容积达到最大容积。

6、钻机安设必须牢固可靠，运送时必须设专人负责，以防损坏或伤人。

钻机的各部件必须保证完好，严禁失爆。

操作钻机时人员必须站在安全地点按说明书操作要求作业，并作好自主保安和业务保安。

7、熟悉避灾路线：

①12701运输巷

避灾路线：

12701运输巷→12701采面→2#回风石门→风井→地面

避灾路线：

12701运输巷→12701采面→2#运输石门→副斜井→地面

②12702运输巷

避灾路线：

工作面→12702专用回风巷→1#回风石门巷→风井→地面。

③12702回风巷

避灾路线：

12702回风巷→12702专用回风巷→风井→地面

避灾路线：

12702回风巷→1#运输石门→副斜井→地面

④井底

避灾路线：

井底→副斜井→地面；井底→主斜井→地面；井底→风井→地面

8、在施工地点安设专用电话，随时联系矿值班领导，值班领导必须随时掌握现场施工情况。

9、在打钻前，施工人员先将钻场附近的安全隐患全部排除，确认无安全隐患后，方可进行打钻及有关的工作。

二、探放水原则

1、必须做好水害分析预报，坚持“有掘必探、先探后掘”的探放水原则。

接近积水地区掘进前或进入被淹井巷前，必须编制探放水设计，并采取防止瓦